Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
Одно из проявлений физиологического действия миостатина (МСТ) у животных заключается в торможении гиперплазии зародышевых мышечных волокон в период внутриутробного развития (МВ). В постнатальный период применение агонистов МСТ активизирует деление сателлитных клеток, увеличивает количество ядер МВ и их толщину. Известно несколько вариантов блокирования действия МСТ, один из них – вакцинация животных с целью образования специфических антител к эндогенному миостатину, блокирования его действия и стимуляции роста скелетных мышц. Целью данной работы было получение бактериального штамма – продуцента рекомбинантного миостатина (рМСТ), использование которого в качестве антигена может стимулировать синтез специфических антител к эндогенному МСТ. Нуклеотидная последовательность зрелого МСТ овцы, оптимизированная для эффективной экспрессии рекомбинантного белка в штамме E. сoli BL21(DE3), была интегрирована в плазмиду-вектор pET-28a(+). Были подобраны условия культивирования полученного штамма-продуцента и проверена эффективность индукции синтеза рекомбинантного белка (РБ). Полученный штамм E. coli Bl21/pET28-MSTN экспрессирует РБ массой около 16 кДа, что соответствует теоретическому значению. Ранняя индукция на стадии роста культуры при низкой оптической плотности давала высокую долю рМСТ в общем бактериальном белке, но низкую наработку бактериальной биомассы. При индукции на более поздних стадиях (0,5-0,7 о.е.) относительная доля рМСТ снижалась. Полученные результаты предполагается использовать для разработки иммунобиотехнологического способа повышения мясной продуктивности животных с применением рМСТ.
1. Богомолова T.Г., Добровольская О.А., Мировская А.А., Аль-Шехадат Р.И., Федорова Е.А., Духовлинов И.В., Симбирцев А.С. Разработка кандидатной субстанции рекомбинантного белка CRM197. // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2016. Т. 15. № 1. С. 93-98. DOI: 10.31631/2073-3046-2016-15-1-93-98
2. Кукес В.Г., Газданова А.А., Фуралев В.А., Маринин В.Ф., Перков А.В., Ленкова Н.И., Соловьева С. А., Рязанцева О.В. Современное представление о биологической роли и клиническом значении миостатина – главного регулятора роста и дифференцировки мышц. // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2021. Т. 16. № 3. С. 327-332. DOI: 10.14300/mnnc.2021.16079
3. Шишкин С.С. Миостатин и некоторые другие биохимические факторы, регулирующие рост мышечных тканей у человека и ряда высших позвоночных. // Успехи биологической химии. 2004. № 44. С. 209-262.
4. Bongiorni S., Valentini A., Chillemi G. Structural and dynamic characterization of the c313y mutation in myostatin dimeric protein, responsible for the "double muscle" phenotype in piedmontese cattle. // Front. Genet. 2016. Vol. 7. nr 14. P. 1-8. DOI: 10.3389/fgene.2016.00014.
5. Chen Y.S., Guo Q., Guo L.J., Liu T., Wu X.P., Lin Z.Y., He H.B., Jiang T.J. GDF8 inhibits bone formation and promotes bone resorption in mice. // Clin. Exp. Pharm. Physiol. 2017. Vol. 44. nr 4. P. 500-508. DOI: 10.1111/1440-1681.12728.
6. Chen M.M., Zhao Y.P., Zhao Y., Deng S.L., Yu K. Regulation of myostatin on the growth and development of skeletal muscle. // Front. Cell Dev. Biol. 2021. Vol. 9. Art. 785712. P. 1-10. DOI: 10.3389/fcell.2021.785712.
7. Jackson M.F., Luong D., Vang D. D., Garikipati D. K., Stanton J. B., Nelson O. L., Rodgers B. D. The aging myostatin null phenotype: reduced adiposity, cardiac hypertrophy, enhanced cardiac stress response, and sexual dimorphism. // J. Endocr. 2012. Vol. 213. nr 3. P. 263-275. DOI: 10.1530/JOE-11-0455
8. Lee S.-J., McPherron A.C. Regulation of myostatin activity and muscle growth. // Proc. Nat. Acad. Sci. 2001. Vol. 98. nr 16. P. 9306-9311. DOI: 10.1073/pnas.151270098.
9. Lee S.J., Reed L.A., Davies M.V., Girgenrath S., Goad M.E., Tomkinson K.N., Wright J.F., Barker C., Ehrmantraut G., Holmstrom J., Trowell B., Gertz B., Jiang M.S., Sebald S.M., Matzuk M., Li E., Liang L.F., Quattlebaum E., Stotish R.L., Wolfman N.M.. Regulation of muscle growth by multiple ligands signaling through activin type II receptors. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2005. Vol. 102. nr 50. P. 18117-18122. DOI: 10.1073/pnas.0505996102.
10. Liu Z., Zhou G., Ren C., Xu K., Yan Q., Li X., Zhang T., Zhang Z. Oral administration of myostatin-specific recombinant Saccharomyces cerevisiae vaccine in rabbit. // Vaccine. 2016. Vol. 34. nr 20. P. 2378-2382. DOI: 10.1016/j.vaccine.2016.03.036.
11. Macrides S. C. Strategies for achieving high-level expression of genes in Escherichia coli. // Microb. Rev. 1996. Vol. 60. nr 3. P. 512-538. DOI: 10.1128/mr.60.3.512-538.1996.
12. Marbach A., Bettenbrock K. Lac operon induction in Escherichia coli: systematic comparison of IPTG and TMG induction and influence of the transacetylase LacA. // J. Biotech. 2012. Vol. 157. nr 1. P. 82-88. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2011.10.009.
13. McPherron A.C., Lee S. J. Double muscling in cattle due to mutations in the myostatin gene // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1997а. Vol. 94. nr 23. P. 12457-12461. DOI: 10.1073/pnas.94.23.12457.
14. McPherron A.C., Lawler A.M., Lee S.J. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member // Nature. 1997. Vol. 387. nr 6628. P. 83-90. DOI: 10.1038/387083a0
15. Nielsen T.L., Vissing J., Krag T.O. Antimyostatin treatment in health and disease: the story of great expectations and limited success // Cells. 2021. Vol. 10. nr 3. P. 533. DOI: 10.3390/cells10030533.
16. Novy R., Drott D., Yaeger K., Mierendorf R. Overcoming the codon bias of E. coli for enhanced protein expression // Novations. 2001. nr 12. P. 1-3.
17. Ou K., Li Y., Wu P., Guo J., Hao X., Sheng J., Chen C. A novel nanobody directed against ovine myostatin to enhance muscle growth in mouse // Animals (Basel). 2020. nr 10. Art. 1398. P. 1-9. DOI: 10.3390/ani10081398.
18. Rosano G.L., Ceccarelli E.A. Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and challenges // Front. Microbiol. 2014. nr 5. Art. 172. DOI: 10.3389/fmicb.2014.00172.
19. Rozkov A., Enfors S.O. Analysis and control of proteolysis of recombinant proteins in Escherichia coli // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2004. nr 89. P. 163-195. DOI: 10.1007/b95567.
20. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular cloning: A laboratory manual. Cold Spring Habor Laboratory Press. 1989. 479 p.
21. Tang L., Yan Z., Wan Y., Han W., Zhang Y. Myostatin DNA vaccine increases skeletal muscle mass and endurance in mice // Muscle Nerve. 2007. Vol. 36. nr 3. P. 342-348. DOI: 10.1002/mus.20791.
22. Xu Y., Mao L., Zheng Y. Prokaryotic expression and immunogenicity analysis of yak recombinant myostatin // Anim. Biotechnol. 2012. Vol. 23. nr 4. P. 253-60. DOI: 10.1080/10495398.2012.722157.
23. Zakria H.M., Han B., Yue F., Mu L., Fang Y., Li X., Xu K., Zhang Z. Significant body mass increase by oral administration of a cascade of shIL21-MSTN yeast-based DNA vaccine in mice // Biomed. Pharmacother. 2019. nr 118. Art. 109147. DOI: 10.1016/j.biopha.2019.109147.
24. Zhang T., Yang H., Wang R., Xu K., Xin Y., Ren G., Zhou G., Zhang C., Wang L., Zhang Z. Oral administration of myostatin-specific whole recombinant yeast Saccharomyces cerevisiae vaccine increases body weight and muscle composition in mice // Vaccine. 2011. Vol. 29. nr 46. P. 8412-8416. DOI: 10.1016/j.vaccine.2011.08.007.
25. Zhang T., Sun L., Xin Y., Ma L., Zhang Y., Wang X., Xu K., Ren C., Zhang C., Chen Z., Yang H., Zhang Z. A vaccine grade of yeast Saccharomyces cerevisiae expressing mammalian myostatin // BMC Biotechnol. 2012. nr 12. Art. 97. DOI: 10.1186/1472-6750-12-97.